مدل سازی و بررسی رفتار قابهای بتنی میان پر تقویت شده با کامپوزیت های پلیمری مسلح الیافی (FRP)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، پژوهشگاه زلزله شناسی و مهندسی زلزله

2 مدرس دانشگاه خلیج فارس

3 گروه عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد کنگان

چکیده

در ایران قاب های بتنی میان پر وجود دارد که نیاز به مقاوم سازی دارند. یکی از روش های موثر برای مقاوم سازی اینگونه ساختمان ها که در سال های اخیر مطالعات فراوانی در مورد آن انجام شده است، استفاده از کامپوزیت های مسلح فیبری (FRP) می باشد. در این تحقیق یک روش ساده به منظور تخمین سختی و ظرفیت بار نهایی قاب بتنی میان‌پر ارائه شده است. مصالح میانقاب به وسیله دو روش یک دستک و سه دستک، مدل سازی شده و با یکدیگر مقایسه شده است. در این دو روش به آسانی می‌توان آنالیز غیرخطی در سازه های دوبعدی انجام و محاسبه نمود. نتیجه ای که از آنالیز پوش‌آور بدست می آید می تواند به ما مدلی پیشنهاد دهد که بسیار نزدیک و مشابه به نمونه آزمایشگاهی می باشد. علاوه براین، نتایج یک مطالعه موردی بر روی قاب بتنی میان پر پنج طبقه که با کامپوزیت FRP تقویت شده اند، ارائه شده است که می تواند به عنوان روشی برای جایگزینی میانقاب و کامپوزیت FRP در قاب ها ، استفاده شود. نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی بدست آمده، بیانگر آن است که تقویت قاب بتنی میان پر تقویت شده با کامپوزیت FRP باعث افزایش ظرفیت باربری نهایی و سختی سازه می شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling and Studying the Behavior of Reinforced Concrete Infilled Frames with Reinforced Polymer Composites

نویسندگان [English]

  • Fariborz Nateghi Elahi 1
  • Ayoub Dehghani 2
  • Mohammad Javad Alinejad 3
1 Professor, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES), Tehran
2 Instructor, Dep. Of Civil Engineering, Persian Gulf University, Bushehr
3 Civil Engineering, Islamic Azad University, Kangan Branch
چکیده [English]

There are many concrete infilled frames in Iran, that they need to strengthen . One of the effective methods to strengthen for these buildings, that in recent years many studies have been done about it, is the use of fiber-reinforced composites (FRP). In this paper, we provide a simple method to estimate the stiffness and ultimate load capacity of concrete infilled frame. Infill materials modeled via equivalent diagonal element, are modeled and compared with each other. The two methods can be easily applied to the two-dimensional nonlinear analysis of structures. The result of pushover analysis, offer us a model that is the very close and similar to the prototype. In addition, we provide the results of a case study on a five-story concrete infilled frame with FRP composites have been strengthened, that can be used as a way to replace Infill FRP composites in frames. The laboratory and analytical results that obtained, indicate that the reinforced concrete infilled frame with reinforced FRP composites, increases stiffness and final load capacity of the structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • concrete infilled frames
  • strengthening
  • FRP Composite
  • Pushover analysis
  • final load capacity
[1]. پارسا، فرزاد و سروقد مقدم، عبدالرضا، " بررسی آزمایشگاهی عملکرد میان قاب‏های مصالح بنایی در قاب‏های بتنی"، نشریه دانشکده فنی، دوره 42، شماره 6، آذر ماه 1387.
[2]. ناطقی الهی، فریبرز و صافدل، محمدرضا. "مدل‏سازی میانقاب مصالح بنایی به کمک نرم‏افزارهای متداول طراحی سازه". پژوهشنامه زلزله‏شناسی و مهندسی زلزله، سال نهم، شماره سوم، پاییز 85.
[3]. Holmes, M., “Steel Frames with Brickwork and Concrete Infilling”, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Vol. 19, 1961, PP. 473-478.
[4]. Flanagan, R. D., Bennett, R. M., and Barclay, G. A., “IN-Plane Behavior of Stuctural Clay Tile Infilled Frames”, ASCE Journal of Structural Engineer, Vol.125, No. 6, 1999, PP. 590-599.
[5]. Paulay, T. and Priestley, M. J. N., “Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings,” John Wiley & Sons, Inc., New York, NY, USA, 1992.
[6].Seah, C. K., “A Universal Approach for the Analysis and Design of Masonry Infilled Frame Structures”, Ph.D. thesis, The University of New Brunswick, Canada, December, 1998.
[7]. Stafford Smith, B., and Carter, C., “A Method of Analysis for Infilled Frames”, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, Vol. 44, 1969, PP. 31-48.
[8]. Kassem,N.,  Etman,E., Atta,A. , “Analytical Model and Design Guidelines for Using FRP System in Strengthening In-filled Frames”,. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, Volume 12, Issue 6 Ver.III ( 2015).
[9]. Koutas,L. ,Triantafillou,T.C., Bousias,S.N., ASCE,M. , “Analytical Modeling of Masonry-Infilled RC Frames Retrofitted withTextile-Reinforced Mortar”, J. Compos. Constr., 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000553,04014082,(2014).
[10]. Kappos, A. J., “Seismic Design and Performance Assessment of Masonry Infilled R/C Frames”, Proceedings of the 12th World Conference on Earthquake Engineering, New Zealand, 2000.
[11]. Al-Chaar, G., Sweeney, S., “Behavior of Masonry-Infilled Nonductile Reinforced Concrete Frames”, Journal of Structural Engineering, Vol 128, No. 8, August 1, 2002. ©ASCE, ISSN 0733- 9445/2002/8-1055–1063.
[12]. Al-Chaar, G., Gregory E. Lamb, G., “Design of Fiber-Reinforced Polymer Materials for Seimic Rehabilitation of Infilled Concrete Structures”, Engineer Research and Development Center,December 2002, ERDC/CERL TR-02-33.
[13]. El-Dakhakhni, W.W., Elgaaly, M., Hamid, A., “Three-Strut Model for Concrete Masonry-Infilled Steel Frames”, ASCE Journal of Structural Engineer, Vol.129, No.2, February, 2003, PP.177-185.
[14]. EL-Dakhakhni, W. W., “Experimental and analytical seismic evaluation of concrete masonry-infilled steel frames retrofitted using GFRP laminates”, PhD thesis, Drexel Univ., Philadelphia, 2002.
 [15]. سازمان مدیریت و برنامه‏ریزی کشور، راهنمای طراحی و ضوابط اجرایی بهسازی ساختمان‏های بتنی موجود با استفاده از مصالح تقویتی FRP، انتشارات سازمان مدیریت و برنامه‏ریزی کشور، 1385.
[16]. Binici, B., Ozcebe, G., “Strengthening of Brick-Infilled RC Frames with CFRP1”, Department of Civil Engineering Middle East Technical University 06531, Ankara Turkey, March 2003.
[17]. Huang, C.H. Tuan, Y.A. Hsu, R.Y., “Nonlinear Poushover Analysis of Infilled Concrete Frames”, Earthqake Engineering and Engineering Vibration, Vol.5, No.2, December 2006. 
[18]. Sinan, A. Ozgur, A . Emin, K and  Mustafa, K. “An Experimental Study on Strengthening of Masonry Infilled RC Frames using diagonal CFRP Strips”, Science Direct Composites: Part B 39 (2008) 680–693.
[19]. Park,S.W., Choi,S.W., Kim,Y., Oh,B.K., Park,H.S. , “Optimal Retrofit Design of Reinforced Concrete Frame with Infill Wall Using Fiber Reinforced Plastic Materials”,. International Journal of Civil, Environmental, Structural, Construction and Architectural Engineering Vol:10, No:5, 2016.
[20]. Ozkaynak,H ., Yuksel ,E., Yalcin,C., Dindar,A., Buyukozturk,O. , “Masonry infill walls in reinforced concrete frames as a source of structural dampingEarthquake Engng Struct”,. 2014, 43:949–968.
[21].Spyrakos,C.C., Maniatakis,C.A., Psycharis,I.N., Smyrou,E., Asteris,P.G., “Validation of Analytical Models for the Assessment of Brick-infilled RC Frames Strengthened with FRPS”, Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering, 12–14 June 2013.
[22]. Spyrakos,C.C., Maniatakis,C.A., Smyrou,E., Psycharis,I.N., “FRP Strengthened Brick-Infilled RC Frames: An Approach for their Proper Consideration in Design”,Construction and Building Technology Journal( 2012)  306-324.
[23]. Rahman,A. , Ueda,T. , “Seismic rehabilitation of masonry structure strengthening by two distinct FRPs”,. Conference on Advances in Bridge Engineering-III, August 21-22, 2015, Dhaka, Bangladesh.
[24].Nateghi-Elahi, F.,  Dehghani, A., “Analytical and Numerical Study of RC Frames With URM Infilled Retrofitted by CFRP”, The 14th World Conference on Earthquake Engineering, October 12-17, 2008, Beijing, China.
[25].Nateghi-Elahi, F.,  Dehghani, A., “Experimental Results and Conclusions Obtained on the Masonry-Infilled Concrete Frames Streghened by CFRP”,14 ECEE 2010, Chrid 30.08-03.09.
[26].Yuksel, E. Ozkaynak, H . Buyukozturk, O. Yalcin, C. Dindar, A. Surmeli, M. Tastan, D and Al., “ Performance of alternative CFRP retrofitting schemes used in infilled RC frames”, Construction and Building Materials 24 (2010) 596–609.
 
[27]. ناطقی الهی، فریبرز و ملکی، شهرام. "مقاوم‏سازی سازه‏های بتنی با استفاده از FRP". ناشر نوپردازان، پاییز 85.
 
[28]. پژوشگاه بین‏المللی زلزله‏شناسی و مهندسی زلزله، دستورالعمل بهسازی لرزه‏ای ساختمانهای موجود، انتشارات سازمان مدیریت و برنامه ریزی، 1381.
 
[29]. ناطقی الهی، فریبرز و صافدل، محمدرضا. "مدل‏سازی میانقاب مصالح بنایی به کمک نرم‏افزارهای متداول طراحی سازه". پژوهشنامه زلزله‏شناسی و مهندسی زلزله، سال نهم، شماره سوم، پاییز 85.
[30].Saneinejad A., and Hobbs, B.  “Inelastic Design of Infilled Frames”, ASCE Journal of Structural Division, Vol. 121, No. ST4, 1995, PP. 634-650.
[31]. Binici, B., Ozcebe, G., “Analysis of Infilled Reinforced Concrete Frames Strengthened With FRPS”, Advances in Earthquake Engineering for Urban Risk Reduction,455- 470, 2006, Netherlands.
[32]. Binici, B., Ozcebe, G., “Seismic Evaluation of Infilled Reinforced Concrete Frames Strengthened With FRPS”, Proceedings of the 8th U.S. National Conference on Earthquake Engineering, April 18-22, 2006, San Francisco, California, USA, Paper No. 1717.